矿山地震活动及其混沌时间序列分析

论文摘要

冬瓜山铜矿应用微震技术进行矿山地震活动的监测,人们所关心的是岩体是否发生地震活动,乃至可能引发地压现象的位置、时间及不稳定程度,若能预测地震活动未来时刻的具体情况,得出地震活动变化的基本规律,对矿工的生命安全和矿井的安全生产都具有十分重要的意义。本文运用定量地震学和统计学对能量-地震矩特征、频度-震级的规律进行了统计分析；然后利用混沌时间序列的相空间重构理论对矿山地震活动的时间序列进行吸引子恢复,从恢复后的吸引子发现原系统的规律；最后运用RBF神经网络方法对矿震强度进行了模拟和预测,取得了较为理想的结果。本文的主要的研究成果如下：（1）冬瓜山铜矿地震活动时程分析及参数统计：根据所给实例探讨矿山地震时程分布规律；讨论冬瓜山铜矿地震活动的频度-震级、能量-地震矩分布规律,发现两者都存在两种分布模式；（2）矿山地震活动时间序列的相空间重构研究。简单介绍了混沌的本质,分别采用自相关法和饱和关联维数法确定重构相空间的两个重要参数：延迟时间和嵌入维数。计算结果显示地震矩和地震能量的时间延迟基本处于2-3之间,嵌入维数值均为6-8维。对地震能量进行重构后发现二维重构轨迹图出现“双峰分布”模式,三维重构轨迹图出现“三峰分布”模式；（3）研究了怎样判定矿山地震活动时间序列的混沌性质。分别从Lyapunov指数、关联维数两个重要的混沌系统特征量对时间序列混沌特性进行定量判别,判定结果显示冬瓜山铜矿地震活动时间序列确实属于混沌时间序列；（4）研究了矿山地震活动的预报时间。利用最大Lyapunov指数计算矿山地震活动的最大预报时间；（5）建立混沌时间序列的RBF神经网络预测模型,预测结果显示,除去极个别情况,预测结果跟实际情况吻合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题意义
• 1.2 国内外的研究现状及水平
• 1.2.1 矿山地震监测研究现状
• 1.2.2 混沌时间序列研究现状
• 1.3 课题研究内容及技术路线
• 1.4 本章小结
• 第二章 冬瓜山铜矿及其微震监测系统介绍
• 2.1 引言
• 2.2 冬瓜山铜矿地质开采状况
• 2.3 冬瓜山铜矿微震监测系统
• 2.3.1 监测目的
• 2.3.2 监测系统组成与监测区域
• 2.3.3 地震监测数据及其分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 冬瓜山铜矿地震活动时程分析与参数的统计
• 3.1 引言
• 3.2 地震参数时程分析
• 3.2.1 分析方案设计
• 3.2.2 矿山地震活动的时间分布
• 3.2.3 矿山地震参数的时程分析
• 3.3 矿山地震活动的频度-震级分布特征
• 3.4 矿山地震活动的地震矩-能量分布特征
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于相空间重构的矿山地震活动时间序列分析
• 4.1 引言
• 4.2 相空间重构及参数确定
• 4.2.1 延迟时间的选择
• 4.2.2 最佳嵌入维数选择
• 4.3 系统的混沌特征识别
• 4.3.1 Lyapunov指数
• 4.3.2 关联维数
• 4.4 混沌时间序列的吸引子特征及分形维研究
• 4.4.1 吸引子
• 4.4.2 吸引子分形维计算
• 4.5 相空间重构在冬瓜山铜矿微震活动中的应用
• 4.5.1 微震活动时间序列的相空间重构
• 4.5.2 微震活动时间序列嵌入维数及其关联维数确定
• 4.5.3 微震活动的最大Lyapunov指数计算
• 4.6 本章小结
• 第五章 地震活动的混沌时间序列预测
• 5.1 引言
• 5.2 混沌时间序列预测方法概述
• 5.3 混沌时间序列神经网络预测机理
• 5.4 基于RBF神经网络的地震强度的混沌时间序列预测模型研究
• 5.4.1 网络结构
• 5.4.2 输入输出层单元数确定
• 5.4.3 隐含层单元数确定
• 5.4.6 预测模型构建
• 5.5 实验仿真及结果分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果